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この症候群は、1以上のミトコンドリア遺伝子における変異により生じ得る表現型、例えば、このエントリで番号記号（#）が使用されています。 MTTK（590060）、MTTL1（590050）、MTTH（590040）、MTTS1（590080）、MTTS2（590085）、MTTF（590070）などがあります。 MERRF症候群の特徴はMTND5遺伝子の変異（516005）とも関連している。
臨床的特徴
Fukuhara ら（1980）は、MERRF（Ragg-red fibers associated myoclonic epilepsy）の初期の報告を行った。 詳細な臨床的特徴は、MOLECULAR GENETICS
Inheritance
Rosing et al.は、MERRF症候群という頭字語で呼ばれているこの異常の組み合わせを示す多くのメンバーで構成される大規模な家族を記述している。 常染色体優性遺伝、常染色体劣性遺伝、X-連鎖遺伝は除外された。 発現の多様性と遺伝の多様な特徴は、ミトコンドリアDNAの突然変異と一致した。 臨床スペクトルは、変異型と野生型mtDNAの比例モデルと適合すると考えられた。 血清中のピルビン酸あるいはピルビン酸と乳酸の濃度が上昇していた。
遺伝的欠陥は母系を通じて伝達されるが，臨床表現型は血統内で大きく異なり，mtDNAの異種集団（一部は野生型，一部は変異型）と矛盾しない。 骨格筋では、生化学的欠陥はしばしば分節的であり（Matsuokaら、1991）、筋細胞内の変異型と野生型のmtDNAの非ランダムな分布を示唆している。
Molecular Genetics
ミトコンドリアDNAの特異的な突然変異はShoffnerら（1990）により初めて示された（MTTK、590060.0001)。 ヌクレオチド8344におけるA-to-G変異はMERRF症例の80から90%を占める（Shoffner and Wallace, 1992）。 生化学的には、この突然変異は、呼吸鎖の酵素複合体における複数の欠損を生じ、最も顕著には、シトクロムc酸化酵素（COX）（複合体IV）におけるNADH-CoQ還元酵素（複合体I）が関与し、全てのmtDNAコード化遺伝子の翻訳における欠損と一致する（ウォレスら、1988；ビンドフら、1991）。 Chomynら（1991）は、この突然変異を有するmtDNAを、それ自身のミトコンドリアDNAを欠くヒト細胞株に移植すると、核バックグラウンドとは無関係に、レシピエント細胞におけるミトコンドリア翻訳に深刻な欠陥が生じることを示し、tRNA突然変異自体がこの病気を引き起こすのに十分であることを示唆した。
Holme ら（1993）は、MTTK 遺伝子のヘテロプラズム c.8344A-G 変異（590060.0001）に関連した首と肩領域にある多発性対称性脂肪腫（MSL；151800を参照）を持つ女性を報告した。 彼女の息子もこの突然変異を持ち，MERRF症候群であった；母親はMERRF症候群の徴候を示さなかった． この女性の変異型mtDNAの割合は，培養皮膚線維芽細胞，リンパ球，正常脂肪組織，筋肉では62％から80％であったが，脂肪腫では90％から94％であった． 脂肪腫の超微細構造検査では、多数のミトコンドリアと一部の脂肪細胞における電子密度の高い封入体が明らかになった。 Holmeら（1993）は、この突然変異は直接的または間接的に脂肪細胞の成熟過程を阻害し、脂肪腫形成のリスクを増加させると結論づけた。
MERRFとMELAS（540000）の両方の特徴を持つ母方遺伝の症候群を持つサルデーニャの3世代血縁者の数名において、Zevianiら（1993）はMTTK遺伝子（590060.0002）に変異を確認した。 筋肉中の変異型mtDNAの相対量は臨床症状の重症度と相関していた。 臨床的特徴としては、ミオクロニーてんかん、神経難聴、運動失調、脳卒中様のエピソードがあった。
MERFF/MELAS重複症候群の母娘において、Nakamuraら（1995）はMTTS1遺伝子にヘテロプラスミック変異を同定した（590080.0001）。 彼らの研究のプロバンドは精神遅滞の26歳の女性で、15歳の時からてんかん発作を有していた。 20歳のとき、ミオクロニー発作、全般性強直間代性発作、発作性聴覚障害などMERRF症候群の明確な症状が現れた。 また、精神的な衰え、筋萎縮性脱力、切断性運動失調もみられた。 血中および脳脊髄液中の乳酸値が上昇した． 脳CTスキャンでは，大脳の萎縮と両側基底核の石灰化がみられた． 筋生検では，多数のボロボロの赤色繊維と，同心円状のクリステーをもつ異常なミトコンドリアが認められた． 母親は55歳の女性で，37歳より腕のミオクロニー発作と全身発作がみられた． 47歳のとき，彼女は中程度の痴呆であった． 筋力低下と運動失調は明らかでなかった。 脳CTでは大脳基底核の石灰化と両側後頭葉の萎縮がみられた． 55歳時，全身痙攣を起こし失明，以後寝たきり，高度痴呆となり，MELAS症候群に類似した脳卒中様エピソードが表現型として示唆された．
Meloneら（2004）は，突然の片頭痛と嘔吐，それに続く左半身不随と外側同名半盲を経験した20歳男性を報告した． 発作も発生した。 臨床像はMELAS症候群と一致した。 25歳でミオクローヌスと運動失調を呈し、MERRF症候群への進行が示唆された。 母親は同様の脳卒中様エピソードを示し、36歳で死亡していた。 筋生検ではミトコンドリア異常増殖とCOX陰性線維が認められた． 遺伝子解析の結果，MTTH遺伝子にヘテロプラスミック変異が同定された（590040.0003）．
Mancusoら(2004)は11歳でパニック発作を経験したMERRF症候群のイタリア人女性を報告した。 20代で片頭痛と進行性四肢ミオクローヌスを発症した。 30代で運動不耐性、平衡感覚障害、記憶障害を呈し、その後両側感音性難聴と軽度認知障害を呈した。 その他，低身長，空洞症，運動失調，軽度の眼球麻痺がみられた． 骨格筋生検では，複数のCOX陰性線維とragged red fibersが認められた． 遺伝子解析の結果、MTTF遺伝子にヘテロプラスミック変異が確認された（590070.0002）。
Blakelyら（2009）は、27歳でミオクロニックジャークと全身痙攣を発症し、37歳で急性両側感音性難聴、39歳で両側白内障手術を受け、47歳で進行性の平衡障害と腕力低下を示した女性を報告している。 49歳の身体検査では，網膜色素変性，構音障害，近位筋の筋力低下，小脳失調がみられた． 骨格筋生検ではCOX欠損とミトコンドリア蓄積と一致するragged red fibersが認められた． 遺伝子解析の結果，MTTP遺伝子にヘテロプラスミック変異が同定された（590075.0003）． この変異は単一筋繊維のチトクロームc酸化酵素活性と分離した。